§ 6 Расчет однокомпонентных центробежных форсунок |
381 |
4. По уравнению расхода жидкости через одну форсунку опре деляют диаметры сопел форсунок окислителя и горючего:
= . (8.21)
Гтер. У 2§Ьрф1
В современных двигателях Др<1)=2,54-7,5 кг/сл«2= (2,54- 7,5) 104 кг/м2.
5.Исходя из конструктивных соображений, выбирают число входных каналов i и величину плеча RBX соответствующей форсун ки по формуле R„.=Cre мм.
6.Определяют радиус входных каналов форсунок:
Г.«=пг=г?&=1/ |
<8-22> |
В у AiC у |
iA |
При необходимости определяют действующую характеристику |
|
форсунки по формуле |
|
= |
(8.23) |
вezz-gX
7.После того как i и 7?вХ выбраны, определяют диаметр входных каналов:
^вх = 21/ |
(8.24) |
F |
£zAl |
Элементарный расчет форсунки |
для идеальной жидкости на |
этом заканчивают. После этого оценивают влияние трения и раз личных конструктивных факторов на гидравлические параметры форсунки и вносят поправки в расчет для идеальной жидкости
вкачестве первого приближения.
8.Определяют-число Re на входе в камеру закручивания:
4G*
Re =----- (8.25)
Гл“вх ь
9.Находят коэффициент трения жидкости в форсунке:
9^ Я
<8-26>
Чтобы не повторять каждый раз кропотливых расчетов, целе сообразно по этой формуле построить график f=<p(Re), который приведен на фиг. 8. 13.
10. Вычисляют величину эквивалентной действующей характе
ристики форсунки:
Л.д =--------- --------------- — • |
(8.27) |
E/Гвх + ~ Rbx (Rax--гс) |
|
382 Гл. 8., Расчет и проектирование распиливающих, устройств ЖРД
Очевидно, что вычисленное значение Аэ д будет меньше Ад. Если разница между Лэд и Ад невелика, т. е. если значение коэффици ента расхода и угла факела, соответствующие Аэ д и Ад, отличают ся не больше чем на несколько процентов, и значениями их можно удовлетвориться, то результатами расчетов первого приближения
следует ограничиться. Это будет иметь место в том случае, когда трение жидкости слабо влияет на гидравлические параметры фор-
сунки |
(при малых значениях f и параметра------ Л). |
|
11. |
Если же разница между Лэ д и Ад |
i |
велика, необходимо вы |
||
полнить расчет следующего приближения. |
Полагая, что коэффи |
|
циент трения равен вычисленной величине f, и решив уравнение для Лэ д относительно гвх, находят новое значение диаметра вход ных отверстий:
^х = 2т/ ^-^-R,{Rу (82-8>
уeiAs.n 2гх
Далее определяют число |
Re' и значение коэффициента тре |
|
ния |
по которому затем |
вычисляют величину эквивалентной |
характеристики А’э.д, соответствующей входным каналам, име ющим диаметр dBX:
Л'9.д =-----------------------------. |
(8. 29) |
,2 f
+ ^-^bx(Rbx —Гс)
Снова сравнивают А'ЭЛ с Л 9 к и, если разница окажется больше
допустимой, делают расчет следующего приближения. Обычно бы вает достаточно двух-трех приближений.
12. |
После того как найден диаметр входных каналов, опреде |
ляют остальные размеры форсунки: |
|
а) |
диаметр камеры закручивания |
|
^к^2(/?вх + гвх); |
б) |
высота цилиндрической части камеры закручивания |
в) |
s — |
длина сопла |
|
|
Zc = (0,25-1,0) dc-, |
г) |
длина входных каналов |
|
/вх=(1,5-3,0)^х. |
Наконец, вычерчивают форсунки и уточняют их геометрические размеры так, чтобы получились форсунки заданных параметров Если же при конструировании форсунки нельзя выдержать приня
тые для нее размеры, то расчеты следует повторить, принимая дру гие значения исходных данных для расчета.
$ 6. Расчет однокомпонентных центробежных форсунок |
383 |
Потребные параметры форсунок существующих конструкций для распыла выбранных компонентов топлива подбирают по дан ным тарировки их на воде.
Пример 1. Определить геометрические |
размеры форсунки окислителя, |
|||
состоящего из 60% HNO3 |
98%-ной и |
40% |
N2O4 (?0 = 1627,3 кг/л/3), и |
фор |
сунки горючего—керосина |
(7г= 830 |
кг/м3), если производительность |
этих |
|
форсунок при Д/?ф = 4 атм должна быть Go = 63,3- г)сек и Gr = 25,7 zjceK.
Решение.
Расчет форсунки окислителя:
1.Задаемся углом конуса распыла 2а = 90° и по графику фиг. 8.12 опре деляем ЛО = 2,65 и р.о = 0,24.
2.Диаметр сопла форсунки будет
40ф.о |
_ |
Г________ 4-0.0633__________ |
/ |
|
У 0,24-3,14 /2-9,81-4-1627,3 “ |
Р-о= /2£ДЖо7о ~ |
||
= 0,00306 м = 3,06 мм. |
||
З. 'Задаемся характеристикой |
С =/?вх/гс = 2,5 и определяем величину |
|
плеча закручивания жидкости в форсунке:
/?вх = Сгс = 2,5-1,53 = 3,82 мм.
4.Принимаем три входных отверстия форсунки и вычисляем величину
В= /ЙТС = /2,65-3-2,5 - 4,46.
5.Вычисляем радиус входного отверстия форсунки:
гвх |
Явх |
3,82 |
мм. |
В - |
----- = 0,855 |
||
вх |
4,46 |
|
6.Определяем диаметр камеры закручивания форсунки:
DK = 2 (/?вх + гвх) = 2(3,82 + 0,855) = 9,35 мм.
7.Наружный диаметр форсунки будет
Оф = DK + 3 = 9,35 + 3 = 12,35 мм.
На этом расчет форсунки для идеальной жидкости заканчиваем. После этого следует пересчитать геометрические размеры форсунки с учетом коэффициента трения жидкости f.
8. После вычисления числа Рейнольдса получаем Re === 16 700.
9. По графику фиг. 8. 13 соответственно значению Re определяем коэффи циент трения жидкости в форсунке, в результате чего получаем
lgRe=4,223; lg(100 f) =0,615 и /=0,0412.
10.Вычисляем эквивалентную геометрическую характеристику форсунки.
А _ |
|
|
/?вхгс |
= |
3,82-1,53 |
9 47 |
_____________ --------------------- |
:---------------------------- |
|||||
вк |
, |
f |
„ |
3-0,8552 + |
0,0412 |
’ ' |
|
i/’ex + 2 |
^вх(^?вх—'с) |
(3,85— 1,53) |
|
||
384Гл. 8. Расчет и проектирование распыливающих устройств ЖРД
11.По графику фиг. 8.12 по величине Лэк находим новые значения коэф фициента расхода р.ц = О,28 и угла распыла 2а'о = 88° и сопоставляем их с исходными значениями P-о и
% |
0,28 |
% |
— = 0,968. |
-4-= 1,082 и |
|||
Но |
0,24 |
“о |
88 |
В связи с тем, что |
|
первоначальными |
и последующими значениями |
коэффициента расхода и угла распыла получены небольшие расхождения, пере счет геометрических размеров форсунки не производим.
Расчет форсунки горючего:
1. Значения 2аг, рг и АГ принимаем такими же, как и для окислителя, при этом получаем dc = 0,00229 м = 2,29 мм.
2. Принимая С = 2,5, находим /?вх = 2,86 мм.
3. Задаваясь i = 3 и вычисляя В, получаем гвх = 0,641 мм.
4.После дальнейших аналогичных расчетов имеем:
£>к = 7,002 мм; £)ф = 10,002 мм; |
/ = 0,0588; Лэк = 2,32; ^ = 0,265; |
|
г |
, |
f |
Иг |
“г |
|
----- = 1,103; |
2а = 87° и ------ = 0,964. |
|
Нг |
|
аг |
В связи со значительными расхождениями между первоначальными и |
||
полученными значениями цг и аг |
пересчитываем геометрические размеры фор |
|
сунки с учетом коэффициента трения жидкости в форсунке, т. е.
^вх - 21/ |
РВХ(ДВХ — гс)=1,208 мм. |
При этом получаем / = 0,0575; Лэк=2,66; гвх = 0,71 мм; DK = 8,928 мм и
-Оф == 11,928 мм.
Угол распыла окончательно принимаем равным 90J, при котором рг=0,24
иdc = 2,29 мм.
§7. Расчет двухкомпонентных центробежных эмульсионных
форсунок
Расчет двухкомпонентных центробежных эмульсионных форсу нок основывается на теории однокомпонентных центробежных фор сунок и сводится в основном к определению диаметра сопла, пле ча закручивания жидкости и диаметров входных отверстий для окислителя и горючего, обеспечивающих их заданное соотношение, потребную производительность форсунки и угол распыла.
В эмульсионной форсунке окислитель поступает в камеру за кручивания форсунки через тангенциальные отверстия, располо женные на поверхности радиуса закручивания /?вх (фиг. 8. 14), а
горючее — по отверстиям, расположенным на той же поверхности и наклоненным под углом 8 к плоскости, перпендикулярной к оси сопла форсунки.
Поскольку входные каналы для обоих компонентов топлива вы ходят в общую камеру закручивания форсунки, то, принимая для